Для решения этой задачи воспользуемся формулой для периода колебаний пружинного маятника:
T = 2π√(m/k),
где T – период колебаний, m – масса шарика, k – коэффициент упругости пружины.
У нас есть два шарика: один с радиусом R и плотностью ρ, другой с радиусом R/2 и плотностью 2ρ.
Объем шарика V и его масса m связаны следующим образом:
V = (4/3)πR^3,
m = Vρ.
Подставим эти значения в формулу для периода колебаний пружинного маятника:
T = 2π√(m/k),
T = 2π√((4/3)πR^3ρ/k).
Для второго шарика радиус R/2 и плотность 2ρ:
T’ = 2π√((4/3)π(R/2)^3(2ρ)/k),
T’ = 2π√(1/6πR^3ρ/k).
Теперь найдем отношение периодов:
T/T’ = (2π√((4/3)πR^3ρ/k))/(2π√(1/6πR^3ρ/k)),
T/T’ = √(((4/3)πR^3ρ/k)/(1/6πR^3ρ/k)),
T/T’ = √(8/(1/6)).
Упрощая выражение, получаем:
T/T’ = √48 = 4√3.
Таким образом, период колебаний пружинного маятника изменится в 4√3 раза при замене шарика на шарик с радиусом вдвое меньше и плотностью в два раза больше.